CN108413126A - 用于微型机电系统微型阀的开环控制系统 - Google Patents

用于微型机电系统微型阀的开环控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108413126A
CN108413126A CN201711058253.4A CN201711058253A CN108413126A CN 108413126 A CN108413126 A CN 108413126A CN 201711058253 A CN201711058253 A CN 201711058253A CN 108413126 A CN108413126 A CN 108413126A
Authority
CN
China
Prior art keywords
input signal
controller
power factor
current system
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711058253.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108413126B (zh
Inventor
E.N.富勒
P.阿鲁纳萨拉姆
W.C.朗
A.饶
K.辛卡尔
G.K.格利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Microstaq Inc
Original Assignee
Microstaq Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Microstaq Inc filed Critical Microstaq Inc
Publication of CN108413126A publication Critical patent/CN108413126A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108413126B publication Critical patent/CN108413126B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/0021—Generation or control of line pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/0003—Arrangement or mounting of elements of the control apparatus, e.g. valve assemblies or snapfittings of valves; Arrangements of the control unit on or in the transmission gearbox
    • F16H61/0009—Hydraulic control units for transmission control, e.g. assembly of valve plates or valve units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/26—Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms
    • F16H61/28—Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms with at least one movement of the final actuating mechanism being caused by a non-mechanical force, e.g. power-assisted
    • F16H61/30—Hydraulic or pneumatic motors or related fluid control means therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F16K99/0003—Constructional types of microvalves; Details of the cutting-off member
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
    • G05D16/2013—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
    • G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
    • G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
    • G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
    • G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/68—Inputs being a function of gearing status
    • F16H2059/683—Sensing pressure in control systems or in fluid controlled devices, e.g. by pressure sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/68—Inputs being a function of gearing status
    • F16H59/72—Inputs being a function of gearing status dependent on oil characteristics, e.g. temperature, viscosity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/10—Controlling shift hysteresis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K2099/0082—Microvalves adapted for a particular use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F16K99/0003—Constructional types of microvalves; Details of the cutting-off member
    • F16K99/0011—Gate valves or sliding valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F16K99/0003—Constructional types of microvalves; Details of the cutting-off member
    • F16K99/0028—Valves having multiple inlets or outlets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F16K99/0034—Operating means specially adapted for microvalves
    • F16K99/0042—Electric operating means therefor
    • F16K99/0044—Electric operating means therefor using thermo-electric means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

用于通过MEMS微型阀控制传动系统的流体压力的系统，所述系统包括被配置为接收目标指令压力、当前系统指令压力输入信号和传动系统操作温度的传动控制器。功率确定模块根据控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号、传动系统操作温度和控制器内的查找表来确定温度相关功率因数。功率信号模块通过温度相关功率因数调节当前系统指令压力输入信号，并经由控制器将调节后的当前系统指令压力输入信号施加到MEMS微型阀。

Description

用于微型机电系统微型阀的开环控制系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年11月1日提交的美国临时申请No.62/415,682的权益，其内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明总体上涉及用于在换挡期间控制传动装置(transmission)的流体压力的系统。具体地，本发明涉及一种改进的系统，该改进的系统用于通过使用微型机电系统(MEMS)微型阀以在传动操作参数(例如操作温度、电压和压力)的范围内更精确地控制传动装置的指令压力，从而在换挡期间控制传动装置的流体压力。
背景技术
传统的传动装置可以包括压力控制阀、换档阀和流量控制阀。压力控制阀和流量控制阀分别控制传动装置中的液压流体的压力和流量。另一方面，换档阀控制传动装置的各个部件以达到期望的传动比。换挡阀也可用于换挡期间的精确压力控制，即，“换档压力”。
精确的压力控制可以提高换档的质量和/或换挡的速度。当换挡压力太高时，例如，车辆驾驶员可能会经历粗暴换挡。当换挡压力太低时，传动离合器可能会过热。专利号为No.8,427,806的美国专利中解释了这种高和低的换档压力对于传统的传动装置的影响，其公开内容通过引用并入本文。
当前用于汽车传动控制的行业标准的电磁操纵阀是电流控制装置。这种传统的电磁操纵阀5的一个例子在图2中被示出，其从专利号为No.7,192,005的美国专利中再现，其公开内容也通过引用并入本文。
诸如MEMS微型阀的热致动MEMS控制阀是功率控制设备。因为它们是由功率控制而不是像电磁操纵阀那样由电流控制，所以，MEMS控制阀需要不同于电磁操纵阀所使用的控制方案和方法。适用于本发明的MEMS控制阀的一个例子是在申请号为14/713,332的美国专利申请中公开的MEMS微型阀，其公开内容通过引用并入本文。
期望提供一种改进的系统，用于通过使用MEMS微型阀以在传动操作参数的范围内更准确地控制传动装置的指令压力，从而在换挡期间控制传动装置的流体压力，其中，通过确定并向MEMS微型阀提供所需的功率水平以获得期望的指令压力，来实现精确控制。
发明内容
本发明涉及用于在换挡期间控制对传动装置的流体压力的系统。具体地，本发明涉及一种改进的系统，该改进的系统用于通过使用MEMS微型阀以更精确地确定功率变化的大小和方向以获得期望的新的压力，从而在换挡期间控制对传动装置的流体压力。因此，可以在诸如操作温度、电压和压力的传动操作参数范围内控制对传动装置的指令压力。功率的变化可能受作用于MEMS微型阀上的因素的影响，这些因素包括流体温度、流体压力、迟滞、抖动信号和热滞后。
用于通过MEMS微型阀控制对传动系统的流体压力的系统的一个实施例包括被配置为接收目标指令压力、当前系统指令压力输入信号和传动系统操作温度的传动控制器。功率确定模块根据控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号和传动系统操作温度和控制器内的查找表来确定温度相关功率因数。功率信号模块通过温度相关功率因数调节当前系统指令压力输入信号，并通过控制器将调节后的当前系统指令压力输入信号施加到MEMS微型阀。
当本领域的技术人员根据附图进行阅读时，本发明的其他优点将从下面的详细描述中变得显而易见。
附图说明
图1是示出根据本发明的开环控制系统的一个实施例的框图。
图2是从专利号为No.7,192,005的美国专利中再现的传统的电磁操纵阀的横截面图。
图3是已知的MEMS微型阀的分解透视图，示出了盖板、中板和基板。
图4是图3所示的中板的平面图。
图5是图4所示的基板内表面的平面图。
图6是示出了在各种系统压力和温度下已知的MEMS微型阀所需的功率的典型变化的图表。
图7是图6的图表的替代形式，示出了在一定温度和功率范围内的恒定压力曲线。
具体实施方式
现在，将参考本发明的特定实施例描述本发明。然而，本发明可以以不同的方式实施，而不应解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使本公开透彻且完整，并且向本领域的技术人员全面转达本发明的范围。
图2示出了传统的电磁操纵阀5，并且其从专利号为No.7,192,005的美国专利中再现，其公开内容通过引用并入本文。在电磁操纵阀5的实施例中，由于通常为大范围的传动操作参数，当尝试实现对指令压力的精确控制时，可能会出现问题。这些参数包括：例如，约-30℃至约+125℃范围内的温度、约9伏直流电压(VDC)至约16伏直流电压的范围内的电压、以及约40psi至约300psi或更高的范围内的压力。因此，需要校正因数来实现所期望的精确控制。这种校正因数将在下文中在根据本发明的改进的开环控制系统的实施例中描述，并在图1中以200示出。
图2示出了配置用于控制汽车传动装置72的传统电磁操纵阀5。电磁操纵阀5包括安置在阀体12中的阀芯10。流体压力入口端口14可以在阀体12中形成，并且可以配置为与自动传动控制系统(示于16、18和20)的主压力调节阀16相连。可以通过由车辆传动系(未示出)中的发动机驱动的传动泵18向主压力调节阀16提供流体压力。主压力调节阀16与传动控制阀电路20和阀体12中的阀压力端口22和14相连。
自动传动装置72可以包括对经调节的管路压力(line pressure)进行响应的传动比换档阀(未示出)。这种类型的控制是本领域公知的。
排出端口24与阀芯10上的阀面(valve land)26对齐。配套的阀面28与入口端口14对齐。围绕阀芯10的环形空间30与控制压力端口22相连。阀面26和28控制控制压力端口22和端口14和24的每个端口之间的流体流动。如图2所示，弹簧32沿向上的方向推压阀芯10。
电磁致动器34位于图2所示的电磁操纵阀5的上端。电磁致动器34包括可固定到阀体12的上端的电磁线圈壳体36。电磁线圈38可以安装在电磁线圈壳体36中，并且围绕磁极片40和可移动衔铁42。衔铁42可以与磁极片40对齐，并且可以通过气隙44与其分离。衔铁引导件46可以围绕衔铁42，并且当衔铁42被由电磁线圈38产生的电磁场移位时，引导衔铁42的移动。
电连接器48包括用于电磁线圈38的电引线50。连接器壳体49可以固定在电磁线圈壳体36内的下部磁通垫圈52和电磁线圈38之间。磁通流动路径穿过电磁线圈38、上部磁通垫圈47、电磁线圈壳体36、下部磁通垫圈52、衔铁42、气隙44，然后到磁极片40。
如图2所示，衔铁弹簧54沿向下的方向推压衔铁42。衔铁弹簧54可以置放在螺纹安装于磁极片40内的调节螺钉56上。调节螺钉56可以用于在调节螺钉56在磁极片40内纵向移动时调节弹簧54的力。
阀芯10可以包括与阀芯10中的中心压力流动通道60相连的限制流动通道58。中心压力流动通道60将流体从入口端口14引导到阀体12中的导阀孔62。衔铁42的下端处的导阀元件64与孔62对齐，并且在通道60和排出端口66之间建立有限的和受控制的连接。排出端口66与可移动衔铁42之间的区域可以由柔性隔膜密封件68密封。
当电磁线圈38被通电时，衔铁42与孔62对齐，从而控制压力腔70中的压力积聚。压力腔70中的压力在阀芯10上产生与弹簧32的力和作用于阀芯10的另一端的控制压力相反的液压压力。因此，当通电电流被施加到线圈38时，控制压力端口22处的压力是衔铁42的电磁力的函数。
图3至图5示出了根据本发明的改进的MEMS微型阀100的部分。图图3至图5从专利申请号为14/713,332的美国专利中再现，其公开内容也通过引用并入本文。微型阀100包括盖板102、中板103和基板104。盖板102具有外表面105和内表面106。盖板102还具有贯通形成的一个或多个开口(在所示的实施例中示出这些开口中的两个：102a和102b)，其以本领域已知的方式允许一个或多个导电线(未示出)通过其间。中板103具有第一表面107和第二表面108。基板104具有内表面109和外表面110。基板104也具有贯通形成的一个或多个开口(在所示的实施例中示出这些开口中的三个：104a，104b和104c)，其以本领域公知的方式允许流体流入和流出微型阀100。
当装配微型阀时，盖板102的内表面106接合中板103的第一表面107的固定部分，并且基板104的内表面109接合中板103的第二表面108的固定部分。盖板102、中板103和基板104可以以任何期望的方式保持在该方位上。例如，盖板102和/或基板104的部分可以例如通过熔接、化学连接或物理连接(例如，机械扣件和/或粘合剂)，连接(bond)到中板103上。盖板102、中板103和基板104可以由任何期望的材料或材料的组合组成。例如，盖板102、中间板103和基板104可以由硅和/或类似的材料组成。在本发明的优选实施例中，盖板102和基板104是非导电的，而中板103是掺杂硅半导体材料，其在电流通过时加热且膨胀。
本发明的盖板102的内表面106的结构在图5中详细地示出。如这里所示，本发明的盖板102包括致动器腔，总的表示为111，其提供在其内表面106上。所示的致动器腔111包括上致动器臂腔体部分111a、中致动器臂腔体部分111b、下致动器臂腔体部分111c、致动器肋腔体部分111d、致动器脊腔体部分111e和铰链腔体部分111f。上致动器臂腔体部分111a具有设置在其中的一对凹陷区域112a和112b。第三凹陷区域112c形成在中致动器臂腔体部分111b中。
如图4所示，本发明的中板103包括可移位构件，总的表示为130，其包括密封部分131，密封部分131具有通过其间形成的一对压力平衡开口131a和131b。密封部分131还包括凹口124和125，每个凹口124和125限定计量边，用于控制通过微型阀100和多个压力平衡开口126的流量。压力平衡开口126、131a和131b被配置在臂部132致动和非制动期间减小或者防止密封部分131的压力不平衡，否则这些压力不平衡将引起臂部132在常规运动的平面之外的移动。
密封部分131通过细长臂部分132连接到与本发明的中板103整体形成的铰链部分133。细长臂部132由细长开口172a和172b与中板103分隔，如图4所示。铰链部分133形成于下面描述的中间脊135和沟槽121b之间以及下面描述的细长开口170d和沟槽121d之间限定的枢转锚定区域54中。在所示的实施例中，沟槽121b与铰链部分133间隔开距离D1。距离D1优选地相对较小，例如在约20μm至约250μm的范围内。应当理解，距离D1仅需要足够宽以使得中板103的铰链部分133和沟槽121b之间的材料可以牢固地连接到相邻的盖板102和基板104。盖板102、中板103和基板104可以由任何所期望的材料或材料的组合形成，例如：硅、单晶硅和/或类似的材料。
可移位构件130还包括多个致动器肋对160、162和164。每个肋对160、162和164与相邻肋对或中板103通过细长开口170a、170b、170c和170d分隔。尽管仅示出了三个致动器肋对，但是可以提供任何数量的致动器肋对。致动器肋对160、162和164在优选为密封部分131和铰链部分133中间的位置通过中间脊135连接到细长臂部分132。
每个致动器肋对160、162和164分别包括第一肋160a、162a和164a并且分别包括第二肋160b、162b和164b。第一肋160a、162a和164a(图4中所示的上肋)的第一端160a1、162a1和164a1柔性地接合(joint)到本发明的中板103的第一非移动(non-moving)部分。第一肋160a、162a和164a的第二端连接到中间脊135。第二肋160b、162b和164b(图4中所示的下肋)的第一端160b1、162b1和164b1柔性地接合到本发明的中板103的第二非移动部分。第二肋160b、162b和164b的第二端也连接到中间脊135。
中板103的第一非移动部分电连接到中板103上提供的第一连接焊盘107a。中板103的该第一非移动部分还限定非电隔离区域152。中板103的第二非移动部分电连接到中板103上提供的第二连接焊盘107b。
多个致动器肋对160、162和164包括至少一个第一最外致动器肋对，例如肋对160，以及与第一最外肋对160分隔的第二最外致动器肋对，例如肋对164。肋轴A1和A2限定为延伸通过且超过多个致动器肋对中的最外肋对160和164的每一个中每个肋的第一端。在所示的实施例中，第一肋轴A1限定为分别延伸通过且超过致动器肋160a和160b的第一端160a1和160b1(图4上看的最左肋对)。类似地，第二肋轴A2限定为分别延伸通过且超过致动器肋164a和164b的第一端164a1和164b1(图4上看的最右肋对)。第一肋连接区域166限定在位于第一肋条160a、162a和164a的第一端160a1、162a1和164a1的第一和第二轴A1和A2之间，并且第二肋连接区域168限定在位于第二肋160b、162b和164b的第一端160b1、162b1和164b1的第一和第二轴A1和A2之间。
中板103还包括通过中板103而形成的沟槽121a、121b、121c和121d。沟槽121a、121b、121c和121d形成为通过中板103且将第二肋160b、162b和164b的第一端160b1、162b1和164b1处的细长开口170a连接到中间脊135和第二肋160b、162b和164b的第一端160b1、162b1和164b1中间位置的细长开口170d，并且还连接到细长臂部分132和中板103之间的细长开口172。
沟槽121a、121b、121c和121d以及细长开口170d中的一个纵向延伸侧边缘还限定了隔离区域150的边界以物理地将隔离区域150与中板103的其余部分分隔，而不通过致动器肋对160、162和164。如上所述，盖板102和基板104是非导电的。隔离区域150中形成的第二连接焊盘107b因此与第一连接焊盘107a电隔离，而不通过致动器肋对160、162和164。值得注意的是，隔离区域150位于第二肋连接区域168之外的部分大于第二肋连接区域168。
沟槽121a、121b、121c和121d可以用作流体流动通道，并且被配置为在微型阀100的操作期间允许流体在中板103内流动。该流体可以冷却中板103紧邻沟槽121a、121b、121c和121d的部分。沟槽121a、121b、121c和121d还可以允许空气从第二肋160b、162b和164b的第一端160b1、162b1和164b1附近，并且通过开口104a、104b和104c之一排出至微型阀100之外。
在所示的实施例中，沟槽121c与中板103的边缘52分隔距离D2。距离D2优选地相对较小，例如在约50μm至约250μm的范围内。应当理解，距离D2仅需要足够宽以使得中板103的沟槽121c和边缘52之间的材料可以牢固地连接到相邻的盖板102和基板104。
以本领域众所周知的方式，电流可以从第一连接焊盘107a通过多个致动器肋对160、162和164传递至隔离区域150内的第二连接焊盘107b。这样的电流导致多个致动器肋对160、162和164的热膨胀，引起中间脊135的轴向移动。如上所描述，中间脊135连接到细长臂部分132。因此，中间脊135的轴向移动导致可移位构件130的细长臂部分132(以及因此的密封部分131)绕铰链部分133枢转或者相对于中板103的其余部分移动(这样的移动发生在由中板103的其余部分限定的平面内)。因此，所示的可移位构件130用作微型机电系统流量控制元件，即微型阀的可移动部分，其直接控制通过微型阀的流量。此外，多个致动器肋对160、162和164与中间脊135配合以形成热致动器，用于选择性地移动可移位构件130以绕铰链部分133枢转。
隔离区域150包括相对窄的部分或条50，限定在第二肋160b、162b的第一端160b1、162b1和164b1和通道121c之间，平行于中板103的边缘52延伸。在所示的实施例中，窄条50具有约0.2mm的宽度W3。窄条50还可以具有其它所期望的宽度，例如在0.175mm和0.5mm之间。应当理解，窄条50由与用于形成中板103的其余部分相同的半导体材料形成，例如硅。
有利地，流过沟槽121a、121b、121c和121d并且特别是流过沟槽121c的流体仅与第一端160b1、162b1和164b1分隔宽度W3。因此，流体在第一端160b1、162b1和164b1提供到第二肋160b、162b和164b的冷却量相对于现有技术的微型阀1的隔离区域44中提供到致动器肋34的冷却量更大。
本发明的基板104的内表面109的结构在图3中详细示出。如这里所示，本发明的基板104包括致动器腔，总的表示为140，提供在其内表面109上。所示的致动器空腔140包括上致动器臂腔体部分140a、中致动器臂腔体部分140b、下致动器臂腔体部分140c、致动器肋腔体部分140d、致动器脊腔体部分140e和铰链腔体部分140f。
再次参考图4，所示的连接焊盘107a设置为相邻于(图4上看的上面)第一肋160a、162a和164a的第一端160a1、162a1和164a1。连接焊盘107b设置为相邻于第二肋160b、162b和164b靠近其第一端(图4上看是第二肋160b、162b和164b的第一端160b1、162b1和164b1的右上侧)且也在窄条50之上(见图4)。
如上所描述，在微型阀100的致动期间，多个致动器肋对160、162和164通过使电流通过其间而加热。致动器肋对160、162和164然后经受热膨胀且拉长，这促使中间脊135和连接的臂部分132远离致动器肋对160、162和164(图4上看的右侧)。臂部分132然后在铰链部分133弯曲或弯折以适应中间脊135的移动，从而导致密封部分131及其凹口124和125沿着弓形通道(图4上看的右侧)在常规运动的平面中移动到受压位置，其关闭开口104a且打开开口104b。
当从多个致动器肋对160、162和164移除电流时，致动器肋对160、162和164冷却且收缩，促使中间脊135朝着致动器肋对160、162和164返回(图4上看的左侧)。臂部分132和密封部分131然后返回到非致动位置，如图4所示，其中，开口104a再次打开，并且开口104b再次关闭。
如上所描述并且如图4所示，第二连接焊盘107b相邻于与第二肋160b、162b和164b(图4上看的右侧)且在窄条50之上(见图4)。
图6是示出了在各种系统压力和温度下，例如MEMS微型阀100的MEMS微型阀所需的功率的典型变化的图表。图7是图6中的数据的替代形式，图7示出了在温度(x轴)和功率(y轴)范围内的恒定压力曲线。图7的图表示出了对于140psi(A线)和120psi(B线)的示例性的恒定压力曲线。120psi曲线的线性表示在C线示出，并且从以下等式中导出：y＝-0.0317x+17.213。应当理解，来自曲线A、B和/或C的数据可以被转换成在查找表中可读的数据。
图7所示的图表示出了，例如，如果期望将传动装置中的流体压力从120psi(线B)改变到140psi(线A)，并且传动系统的温度约为320°K(47℃)，则功率水平将需要从大约7瓦特增加到大约7.5瓦特。
类似地，可以开发图形和/或查找表形式的数据，以显示补偿迟滞(hysteresis)、抖动信号(dither signal)和热滞后(thermal lag)所需的功率变化。
再次参考图1，在200处示出了根据本发明的用于在换档期间控制传动装置的流体压力的改进的开环控制系统的实施例。所示的开环控制系统200包括在控制器(例如传动控制器202)中接收系统目标指令压力204和当前系统指令压力206以及功率X输入信号。系统目标指令压力204和当前系统指令压力206以及功率X输入信号可以从估计或从传动流体压力测量提供。
由于热量从每个肋对160、162和164中的肋通过流体和中板103的围绕肋的材料(例如硅)传导，所以，每个致动器对160、162和164中的肋的加热可受到流经微型阀100的流体的温度和压力的影响。在最佳条件下，例如，当微型阀100在293°K(20℃)和125psi下操作时，压力的变化将需要X(瓦特)功率的增加或减小。
改进的开环控制系统200包括功率确定模块208，功率确定模块208可用于确定达到新的指令压力(即目标系统指令压力204)所需的期望功率水平。由于传动系统流体210的操作温度变化，例如，介于约233°K(-40℃)和约423°K(150℃)之间，功率确定模块208可以增加或减去温度相关功率因数i(瓦特)以补偿系统流体温度210的变化。可以从包括多个期望的温度相关功率因数i的查找表中获得温度相关功率因数i，每个温度相关功率因数i都与期望的压力相关。或者，可以使用从图1中的B线导出的线性方程，如y＝-0.0317x+17.213来确定温度相关功率因数i。
接下来，迟滞补偿模块212可对MEMS微型阀100的功率X(瓦特)增加或减去迟滞相关功率因数j(瓦特)以补偿MEMS微型阀中已知发生的迟滞。例如，由于迟滞，将MEMS微型阀100从压力X psi移动到增加的压力X+20psi所需的功率可能与将MEMS微型阀100从增加的压力X+20移动到较低的压力X所需的功率不同(即，或者多或者少)。MEMS微型阀100中的迟滞量可受到温度、阀位置的影响，并且在较小程度上受压力的影响。可以从包括多个期望的迟滞相关功率因数j的查找表获得迟滞相关功率因数j(瓦特)，每个迟滞相关功率因数j与期望的压力相关。
在系统200的下一步骤中，可以使用抖动调节模块214来响应施加于MEMS微型阀100的功率X(瓦特)上的抖动信号，以调节MEMS微型阀100的功率X(瓦特)。例如，大约40Hz的低频抖动信号可以以已知的方式覆盖MEMS微型阀100的功率信号。因此，抖动信号可以是叠加在功率信号上的小的纹波频率。该抖动信号引起MEMS微型阀100的可移动构件130的少量移动以减小阀迟滞，但不影响指令压力。例如，抖动信号可能使得阀元件(即，所示实施例中的密封部分131)快速地移动或摆动，以防止当使MEMS微型阀在不同的指令压力设置之间移动时密封部分131被卡住。因此，可以从MEMS微型阀100的功率X(瓦特)中增加或者减去抖动相关功率因数d(瓦特)，以补偿抖动信号。可以从包括多个期望的抖动相关功率因数d的查找表中获得抖动相关功率因数d(瓦特)，每个抖动相关功率因数d与期望的压力相关。
在系统200的附加步骤中，热滞后补偿模块216可以用于确定功率因数b(瓦特)，可以针对y毫秒(msec)的时段，从MEMS微型阀100的功率X(瓦特)中增加或减去功率因数b(瓦特)，其中y是温度和压力的函数并且可以在大约5毫秒和大约20毫秒的范围内。由于包括MEMS微型阀100在内的已知的MEMS微型阀是热致动装置，所以可以需要短的功率脉冲以足够快速地对肋进行加热从而影响期望的响应。可以从包括多个期望的热滞后相关功率因数b的查找表中获得热滞后相关功率因数b(瓦特)，每个热滞后相关功率因数b与期望的压力相关。
应当理解，这里所描述的查找表可以存储在传动控制器202的非易失性存储器中。
在系统200的最后步骤中，功率信号模块218然后将新的或调节后的功率信号施加到MEMS微型阀100以产生所期望的目标指令压力。如上所述，新的功率信号＝X(瓦特)+/-i(瓦特)+/-j(瓦特)+/-d(瓦特)+/-b(瓦特)，其中：
X＝在最佳条件下产生当前系统压力所需的功率输入信号(瓦特)；
i＝用于补偿系统流体温度变化的功率调节；
j＝用于补偿MEMS微型阀中已知发生的迟滞的功率调节；
d＝用于补偿抖动信号的功率调节；
b＝用于补偿热滞后的功率调节；和
y＝应用功率调节b补偿热滞后的时间段(毫秒)。
已经在其优选实施例中描述了本发明的原理和操作模式。然而，应当注意，本文描述的本发明可以在不脱离其范围的情况下以不同于具体示出和描述的方式实施。

Claims (20)

1.一种用于通过MEMS微型阀控制传动系统的流体压力的系统，所述系统包括：
传动控制器，被配置为接收目标指令压力、当前系统指令压力输入信号和传动系统操作温度；
功率确定模块，从所述控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号、传动系统操作温度和所述控制器内的查找表，确定温度相关功率因数；以及
功率信号模块，通过所述温度相关功率因数调节所述当前系统指令压力输入信号，并经由所述控制器将调节后的当前系统指令压力输入信号施加到所述MEMS微型阀。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述功率确定模块包括具有与期望的目标指令压力相关的多个期望的温度相关功率因数的查找表。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括：
迟滞补偿模块，从所述控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号、传动系统操作温度和所述控制器内的查找表，确定迟滞相关功率因数；
其中，所述功率信号模块进一步通过所述迟滞相关功率因数调节所述当前系统指令压力输入信号，并经由所述控制器将调节后的当前系统指令压力输入信号施加到所述MEMS微型阀。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述迟滞补偿模块包括具有与期望的目标指令压力相关的多个期望的迟滞相关功率因数的查找表。
5.根据权利要求3所述的系统，还包括：
抖动调节模块，从所述控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号、施加到所述当前系统指令压力输入信号上的抖动信号、传动系统操作温度和所述控制器内的查找表，确定抖动相关功率因数；
其中，所述功率信号模块进一步通过所述抖动相关功率因数调节所述当前系统指令压力输入信号，并经由所述控制器将调节后的当前系统指令压力输入信号施加到所述MEMS微型阀。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述抖动调节模块包括具有与期望的目标指令压力相关的多个期望的抖动相关功率因数的查找表。
7.根据权利要求5所述的系统，还包括：
热滞后补偿模块，从所述控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号、传动系统操作温度和所述控制器内的查找表，确定热滞后补偿功率因数；
其中，所述功率信号模块进一步通过所述热滞后功率因数调节所述当前系统指令压力输入信号，并且经由所述控制器将调节后的当前系统指令压力输入信号施加到所述MEMS微型阀。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述热滞后补偿模块包括具有与期望的目标指令压力相关的多个期望的热滞后功率因数的查找表。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，针对约5毫秒至约20毫秒的范围内的时间段，施加所述热滞后补偿功率因数。
10.一种用于通过MEMS微型阀控制传动系统的流体压力的系统，所述系统包括：
传动控制器，被配置为接收目标指令压力、当前系统指令压力输入信号和传动系统操作温度；
功率确定模块，从所述控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号、传动系统操作温度和所述控制器内的查找表，确定温度相关功率因数；
迟滞补偿模块，从所述控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号、传动系统操作温度和所述控制器内的查找表，确定迟滞相关功率因数；
抖动调节模块，从所述控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号、施加到所述当前系统指令压力输入信号上的抖动信号、传动系统操作温度和所述控制器内的查找表，确定抖动相关功率因数；
热滞后补偿模块，从所述控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号、传动系统操作温度和所述控制器内的查找表，确定热滞后补偿功率因数；以及
功率信号模块，通过所述温度相关功率因数、所述迟滞相关功率因数、所述抖动相关功率因数和所述热滞后补偿功率来调节所述当前系统指令压力输入信号。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，针对约5毫秒至约20毫秒的范围内的时间段，施加所述热滞后补偿功率因数。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述功率确定模块包括具有与期望的目标指令压力相关的多个期望的温度相关功率因数的查找表。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述迟滞补偿模块包括具有与期望的目标指令压力相关的多个期望的迟滞相关功率因数的查找表。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述抖动调节模块包括具有与期望的目标指令压力相关的多个期望的抖动相关功率因数的查找表。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述热滞后补偿模块包括具有与期望的目标指令压力相关的多个期望的热滞后功率因数的查找表。
16.一种用于控制压力流体系统内的MEMS微型阀的方法，所述方法包括：
在控制器中接收目标指令压力；
在所述控制器中接收当前系统指令压力输入信号；
在所述控制器中接收传动系统操作温度；
从所述控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号和传动系统操作温度，确定温度相关功率因数；以及
通过所述温度相关功率因数调节所述当前系统指令压力输入信号，并经由所述控制器将调节后的当前系统指令压力输入信号施加到所述MEMS微型阀。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
从所述控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号和传动系统操作温度，确定迟滞相关功率因数；以及
通过所述迟滞相关功率因数额外地调节所述当前系统指令压力输入信号，并经由所述控制器将调节后的当前系统指令压力输入信号施加到所述MEMS微型阀。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
从所述控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号、施加到所述当前系统指令压力输入信号上的抖动信号和传动系统操作温度，确定抖动相关功率因数；以及
通过所述抖动相关功率因数额外地调节所述当前系统指令压力输入信号，并经由所述控制器将调节后的当前系统指令压力输入信号施加到所述MEMS微型阀。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
从所述控制器中接收的目标指令压力、当前系统指令压力输入信号和传动系统操作温度，确定热滞后补偿功率因数；以及
通过所述热滞后功率因数额外地调节所述当前系统指令压力输入信号，并经由所述控制器将调节后的当前系统指令压力输入信号施加到所述MEMS微型阀。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
使用具有多个期望的温度相关功率因数、多个期望的迟滞相关功率因数、多个期望的抖动相关功率因数和多个期望的热滞后功率因数的、其中每个功率因数与期望的目标指令压力相关的查找表，分别确定所述温度相关功率因数、所述迟滞相关功率因数、所述抖动相关功率因数和所述热滞后功率因数。
CN201711058253.4A 2016-11-01 2017-11-01 用于微型机电系统微型阀的开环控制系统 Active CN108413126B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662415682P 2016-11-01 2016-11-01
US62/415,682 2016-11-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108413126A true CN108413126A (zh) 2018-08-17
CN108413126B CN108413126B (zh) 2022-01-18

Family

ID=62021163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711058253.4A Active CN108413126B (zh) 2016-11-01 2017-11-01 用于微型机电系统微型阀的开环控制系统

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10443712B2 (zh)
CN (1) CN108413126B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109323492A (zh) * 2018-09-07 2019-02-12 青岛海尔智能技术研发有限公司 冷热交换系统控制的方法、装置及计算机存储介质
CN110209062A (zh) * 2019-06-04 2019-09-06 三一重机有限公司 挖掘机装卸控制方法及装置
CN114706431A (zh) * 2022-03-29 2022-07-05 北京七星华创流量计有限公司 反应腔室的压力控制方法、装置和半导体工艺设备

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11353140B2 (en) * 2019-01-29 2022-06-07 Dunan Microstaq, Inc. Two port mems silicon flow control valve

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2145285Y (zh) * 1992-10-09 1993-11-03 北京市丰台区新桦科技产品开发有限公司 用微机控制的电子膨胀阀
WO2008118245A2 (en) * 2007-03-26 2008-10-02 Delphi Technologies, Inc. Transmission clutch pressure controls via pilot pressure feedback
US20100137093A1 (en) * 2007-03-26 2010-06-03 Delphi Technologies, Inc. Automatic Transmission with Closed Loop Pressure Electro-Hydraulic Control Module
CN102452314A (zh) * 2010-10-15 2012-05-16 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于自动化手动变速器的基于微机电系统的液压控制系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005052420A1 (en) * 2003-11-24 2005-06-09 Alumina Micro Llc Microvalve device suitable for controlling a variable displacement compressor
US7192005B2 (en) 2004-07-15 2007-03-20 Ford Global Technologies, Llc Control method and controller for a solenoid-operated electrohydraulic control valve
US20070288148A1 (en) * 2006-06-08 2007-12-13 Weijia Cui Adaptive Open Loop Line Pressure Control Of Hydraulic Fluid In An Automatic Transmission
US20120145252A1 (en) 2009-08-17 2012-06-14 Dunan Microstaq, Inc. Micromachined Device and Control Method
US8427806B2 (en) 2009-12-29 2013-04-23 GM Global Technology Operations LLC Control system and method for transmission solenoids
US9505608B2 (en) 2014-08-25 2016-11-29 Dunan Microstaq, Inc. Microvalve having a reduced size and improved electrical performance

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2145285Y (zh) * 1992-10-09 1993-11-03 北京市丰台区新桦科技产品开发有限公司 用微机控制的电子膨胀阀
WO2008118245A2 (en) * 2007-03-26 2008-10-02 Delphi Technologies, Inc. Transmission clutch pressure controls via pilot pressure feedback
US20100137093A1 (en) * 2007-03-26 2010-06-03 Delphi Technologies, Inc. Automatic Transmission with Closed Loop Pressure Electro-Hydraulic Control Module
CN102452314A (zh) * 2010-10-15 2012-05-16 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于自动化手动变速器的基于微机电系统的液压控制系统

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109323492A (zh) * 2018-09-07 2019-02-12 青岛海尔智能技术研发有限公司 冷热交换系统控制的方法、装置及计算机存储介质
CN110209062A (zh) * 2019-06-04 2019-09-06 三一重机有限公司 挖掘机装卸控制方法及装置
CN110209062B (zh) * 2019-06-04 2022-11-04 三一重机有限公司 挖掘机装卸控制方法及装置
CN114706431A (zh) * 2022-03-29 2022-07-05 北京七星华创流量计有限公司 反应腔室的压力控制方法、装置和半导体工艺设备

Also Published As

Publication number Publication date
US10443712B2 (en) 2019-10-15
CN108413126B (zh) 2022-01-18
US20180119799A1 (en) 2018-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108413126A (zh) 用于微型机电系统微型阀的开环控制系统
US7192005B2 (en) Control method and controller for a solenoid-operated electrohydraulic control valve
KR20000077140A (ko) 압력 편차에 대응하는 격벽을 갖는 파일롯 솔레노이드제어 밸브
JP2010532850A5 (zh)
US20070135253A1 (en) Hydraulic control apparatus for automatic transmission
JP4930428B2 (ja) ブリード型電磁弁
US4938118A (en) Control valve
JP2002089734A (ja) 電磁弁、特に圧力調節弁
JP4463527B2 (ja) 油圧回路の圧力レベルの調整のための比例圧力調整弁
US20120291900A1 (en) Solenoid valve and oil pressure control device
EP1755015A2 (en) Relief valve
US5058624A (en) Flow control valve with stable modulation
US20040075070A1 (en) Control means for gas burners
JPWO2011021421A1 (ja) 油圧制御装置
KR100476246B1 (ko) 비례압력 제어밸브
EP3896550A1 (en) Digital proportional pressure controller
JPH09166238A (ja) 電磁弁
JP2007100829A (ja) バルブ装置
US6945507B2 (en) Gas flow control
JP2005114157A (ja) バルブ装置、特に比例制御バルブ兼方向制御バルブ
US7505818B1 (en) Converter method, system and apparatus
JP4703615B2 (ja) ブリード式バルブ装置
KR100812560B1 (ko) 유량 제어 밸브
WO2020213420A1 (ja) 電磁弁一体型膨張弁
US20040065369A1 (en) Gas flow control

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant